CN102427099A - 一种隧穿结晶体硅太阳能电池的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧穿结晶体硅太阳能电池的制作方法，该方法在清洗制绒后的p型晶体硅片的前表面沉积一层二氧化硅纳米颗粒膜，并在该二氧化硅纳米颗粒膜上制备ITO薄膜作为前电极；或者，在清洗制绒后的n型晶体硅片的背表面沉积一层二氧化硅纳米颗粒膜，并在该二氧化硅纳米颗粒膜表面制备一层ITO薄膜作为背电极。与现有的晶体硅太阳能电池的制作方法相比，本发明的方法简单易行，极大地简化了制作工艺，降低了制作成本，具有广阔的应用前景。

Description

一种隧穿结晶体硅太阳能电池的制作方法

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种隧穿结晶体硅太阳能电池的制作方法。

背景技术

随着人类历史进入二十一世纪，能源危机和环境污染已经成为关系到人类文明健康发展的全球问题，开发可靠安全的绿色能源已经成为解决危机的主要方法。在这一背景下，世界各国对新能源技术开发的投入日益增多。

太阳能电池作为清洁能源利用的最重要方式之一，已经引起了世界各国的广泛关注。经过多年发展，已经开发出了多种太阳能电池材料。其中，晶体硅太阳能电池因其光电转换效率较高、技术成熟并且原材料充足，占据了光伏市场80％以上的市场份额，预计在未来的10～20年内依然是光伏市场的主流。

目前晶体硅电池制作的主流技术为高温扩散制作晶体硅太阳能电池，其工艺主要包括硅片清洗、制绒处理，高温三氯氧磷扩散制PN结步骤，表面磷硅玻璃以及边缘PN结去除，前表面氮化硅(SiN_x)减反射层制备以及丝网印刷前背表面电极步骤，完成电池制作。这种电池制作虽然步骤繁多，但是工艺成熟，为产业界广泛采纳。然而这种电池制作工艺存在以下几个问题：(1)需要高温扩散过程，工艺成本较高，并且容易在电池的另一个表面产生寄生扩散，导致工艺流程复杂化；(2)发射极的特性对电池性能影响较大，过高的掺杂浓度将导致表面“死区”，而过低的表面掺杂浓度将极大影响电池的填充因子；(3)表面扩散制PN结过程中将会形成较厚的磷硅玻璃，需要通过高污染的氢氟酸溶液去除，提高了间接材料成本。

新型非晶硅和晶体硅优化组合而成的异质结太阳能电池兼具晶体硅高载流子迁移率的优点和低温非晶硅工艺的优点，成为太阳能行业一个重要热点发展方向。日本sanyo集团开发的HIT电池是异质结太阳能电池的一种，其产业效率已经达到19％，并且工艺温度较低，电池的温度系数较小，在电池光伏发电方面拥有极强优势。然而该技术的推广难度较大，目前只有Sanyo集团掌握HIT电池的关键技术，主要原因之一在于该HIT电池的非晶硅薄膜工艺控制极其困难，如果工艺控制不佳，非晶硅薄膜中的缺陷将成为电池载流子复合加剧的重要原因，电池光生电流的收集和传输将受到严重影响。

因此，如何改进制作方法，简化工艺流程、降低制作成本是促进晶体硅太阳能电池进行大规模生产应用的一个重要研究课题。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述现有技术的不足提出一种隧穿结晶体硅太阳能电池及其制作方法，可以有效地降低晶硅太阳能电池的制作成本。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种隧穿结晶体硅太阳能电池的制作方法，以p型晶体硅片或者n型晶体硅片为衬底，其特征是：在清洗制绒后的p型晶体硅片的前表面沉积一层二氧化硅纳米颗粒膜，并在该二氧化硅纳米颗粒膜表面制备ITO薄膜作为前电极；或者，在清洗制绒后的n型晶体硅片的背表面沉积一层二氧化硅纳米颗粒膜，并在该二氧化硅纳米颗粒膜表面制备一层ITO薄膜作为背电极。

作为优选，以p型晶体硅片为衬底时，电池背表面上通过丝网印刷和烧结工艺制备Al背场；以n型晶体硅片为衬底时，在晶体硅片的前表面上通过PECVD技术制备氮化硅，在氮化硅表面上通过丝网印刷和烧结工艺制备前银栅电极。

作为优选，以n型晶体硅片为衬底时，在所述的ITO薄膜的表面通过溅射或蒸发工艺沉积一层金属膜。

作为优选，所述的二氧化硅纳米颗粒膜的沉积温度为0℃～200℃。进一步优选，所述的二氧化硅纳米颗粒膜的沉积温度在室温与200℃之间。

作为优选，所述的二氧化硅纳米颗粒膜的厚度为100～2000纳米。

本发明中，p型晶体硅表面、ITO薄膜以及介于p型晶体硅表面与ITO薄膜之间的二氧化硅纳米颗粒膜构成隧穿结；或者，n型晶体硅表面、ITO薄膜以及介于n型晶体硅表面与ITO薄膜之间的二氧化硅纳米颗粒膜构成隧穿结。由于二氧化硅纳米颗粒膜的隧穿性能好，对于p型晶体硅衬底，光生电子隧穿通过该二氧化硅纳米颗粒膜由ITO薄膜收集，而光生空穴将通过背电极收集。而对于n型晶体硅衬底，光生电子隧穿通过二氧化硅纳米颗粒膜由背ITO电极收集，而光生空穴将通过前栅电极收集。与传统的通过高温扩散制备晶体硅太阳能电池的技术相比，本发明提供的新型隧穿结晶体硅太阳能电池的制备方法具有如下优点：

(1)本发明避免采用高温扩散形成PN结的工艺，降低了电池制作的工艺成本，并且省去了去除边缘PN结的等离子体刻蚀或湿法刻蚀等工艺，从而进一步简化了工艺流程；

(2)由于避免采用高温扩散形成PN结的工艺，从而避免了表面“死区”的形成；

(3)本发明避免了传统方法中需要采用氢氟酸溶液去除表面磷硅玻璃的工艺而引起的不足，极大地降低了晶体硅太阳能电池制作中产生的间接材料成本；

因此，本发明提供的晶体硅太阳能电池的制作方法简单易行，极大地简化了现有晶体硅太阳能电池的制作工艺，降低了晶体硅太阳能电池的制作成本，在晶体硅太阳能电池领域具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1：

步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，将p型多晶硅片清洗，并进行表面绒面制作；

步骤2：将p型多晶硅片放入PECVD反应腔内，通入硅烷和氧气，在室温条件下在p型多晶硅衬底具有绒面结构的前表面上沉积一层二氧化硅纳米颗粒膜；

步骤3：采用丝网印刷和烧结工艺在电池的背表面制作背铝电极；

步骤4：在覆盖有二氧化硅纳米颗粒膜的前表面上通过溅射技术沉积一层ITO薄膜，作为电池前电极，完成电池制作。

实施例2：

步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，将n型单晶硅片清洗，并进行表面绒面制作；

步骤2：在具有绒面结构的前表面上采用PECVD技术制备氮化硅减反射膜；

步骤3：将前表面沉积有氮化硅的n型单晶硅片放入另一个PECVD反应腔，通入硅烷和氧气，在室温条件下在n型单晶硅的背表面上沉积一层二氧化硅纳米颗粒膜；

步骤4：采用丝网印刷工艺在电池前表面丝网印刷银浆栅线，通过高温烧结工艺形成前栅电极；

步骤5：在覆盖有二氧化硅的背表面上通过溅射技术沉积一层ITO薄膜，作为电池背电极，并继续在上面通过溅射技术沉积一层金属铜膜，完成电池制作。

实施例3

步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，将n型多晶硅片清洗，并进行表面绒面制作；

步骤2：在具有绒面结构的前表面上采用PECVD技术制备氮化硅减反射膜；

步骤3：将前表面沉积有氮化硅的n型多晶硅片放入另一个PECVD反应腔，通入硅烷和氧气，在室温条件下在n型多晶硅的背表面上沉积一层二氧化硅纳米颗粒膜；

步骤4：采用丝网印刷工艺在电池前表面丝网印刷银浆栅线，通过高温烧结工艺形成前栅电极。

步骤5：在覆盖有二氧化硅的背表面上通过溅射技术沉积一层ITO薄膜，作为电池背电极，并继续在上面通过蒸镀技术沉积一层金属铝膜，完成电池制作。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种隧穿结晶体硅太阳能电池的制作方法，以p型晶体硅片或者n型晶体硅片为衬底，其特征是：在清洗制绒后的p型晶体硅片的前表面沉积一层二氧化硅纳米颗粒膜，并在该二氧化硅纳米颗粒膜表面制备ITO薄膜作为前电极；或者，在清洗制绒后的n型晶体硅片的背表面沉积一层二氧化硅纳米颗粒膜，并在该二氧化硅纳米颗粒膜表面制备一层ITO薄膜作为背电极。

2.根据权利要求1所述的隧穿结晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：所述的二氧化硅纳米颗粒膜的厚度为100～2000纳米。

3.根据权利要求1或2所述的隧穿结晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：在所述的n型晶体硅片背部ITO薄膜的表面继续通过溅射或蒸发工艺制备金属薄膜，完成电池制作。